近期，中國科學(xué)院金屬研究所特種合金研究部先進特殊鋼團隊牛夢超博士、王威研究員、楊柯研究員聯(lián)合香港理工大學(xué)焦增寶教授，針對Fe-Ni-Ti基馬氏體時效鋼時效后出現(xiàn)的晶間脆性問題，通過研究溶質(zhì)原子相互作用對晶界偏析、析出和斷裂的影響，發(fā)現(xiàn)高強度馬氏體時效鋼晶界處形成粗大的Ni₃Ti析出相和相應(yīng)的無析出區(qū)（PFZs）是造成晶間脆化的主要原因，這些區(qū)域有利于裂紋在晶界處形核和擴展，同時研究發(fā)現(xiàn)，通過合理的Mo合金化，能夠有效抑制晶間脆化，從而大大提高鋼材的韌性。從原子尺度分析顯示，Mo可以減少Ni和Ti在晶界的偏析，有效地抑制粗大的Ni₃Ti析出物和PFZs在晶界處的形成，同時，Mo偏析增強了晶界的凝聚力，這也可能在抑制沿晶斷裂方面起到了次要作用。

相關(guān)研究結(jié)果以“Atomic-scale understanding of solute interaction effects on grain boundary segregation, precipitation, and fracture of ultrahigh-strength maraging steels”發(fā)表于Acta Materialia, 2023, 253: 118972。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118972

這是繼該團隊在高強度馬氏體時效鋼中發(fā)現(xiàn)Co在時效初期降低Ni和Ti原子間相互作用能，導(dǎo)致Co-Ni-Ti團簇優(yōu)先在過飽和固溶體中形成(Acta Materialia, 2019,179: 296-307)以及利用納米Ni₃Ti、富Mo相、富Cr相的復(fù)合析出強化開發(fā)出兼具超高強度、良好塑韌性和耐腐蝕性能的新型馬氏體時效不銹鋼(Acta Materialia, 2021,209:116788)之后，利用納米相調(diào)控材料性能的又一研究突破，向超高強度鋼的成分以及結(jié)構(gòu)調(diào)控方面邁出了重要一步。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院科學(xué)家工作室項目的資助。

圖1.無Mo鋼和含Mo鋼在不同時效狀態(tài)下的拉伸曲線和時效2 h拉伸后的斷口形貌

圖2. 無Mo鋼和含Mo鋼時效2 h時的顯微組織

圖3. 無Mo鋼時效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖4. 含Mo鋼時效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖5. Fe-Ni-Ti- (Mo)馬氏體時效鋼斷裂機理示意圖